CN102854122B - 多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，包括控制柜、气液分离器、电加热器、气体增压机、气体流量计、螺杆泵、液体流量计、静态混合器、腐蚀检测探针、可转动接头、腐蚀检测管段、腐蚀挂片器和腐蚀反应釜。气源管线与气液分离器的气出口管线均连接到气体增压机进口，气体增压机出口管线与静态混合器进口相连，液源管线与气液分离器液体出口管线均连接到螺杆泵的进口，螺杆泵出口管线通过液体流量计与静态混合器进口水平相连；在静态混合出口处设有温度传感器，静态混合器的出口管线通过腐蚀检测管段与腐蚀反应釜相连，腐蚀反应釜的出口管线与气液分离器的气液进口相连；在腐蚀检测管段的前或后设有腐蚀检测探针。

Description

多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置

技术领域

本发明涉及腐蚀试验模拟装置，具体地说涉及一套多种测试功能的环道式油田采输系统多相流腐蚀室内模拟系统，属油田化学腐蚀与防护评价领域。 

背景技术

油田采输管线内的油气水多相流介质往往引起管线局部内腐蚀穿孔，由此将引发漏油、赔青、停产检修等，造成巨大经济损失。特别是高含水期油田的开发以及一些提高原油采收率新技术的规模化应用，如CO₂驱、聚合物驱技术等，将使采输管线的腐蚀问题更加突出，严重影响油田生产。因此，在逐渐依靠三次采油新技术的今天，开展油田采输管线多相流腐蚀规律研究显得尤为重要。 

然而，目前对油气水多相流腐蚀规律的认识尚十分有限，影响因素复杂多变，腐蚀预测困难重重，给工艺设计、材料选择、现场维护人员带来极大的困惑。可见，油气水多相流管线的腐蚀数据积累、影响规律研究是实现技术突破的重点。但现场开展大量腐蚀实验研究不仅耗时费力，而且会影响正常的生产秩序。因此期待在实验室内建立相应的多相流管道腐蚀系统，实时模拟现场腐蚀环境，将成为油田管线内腐蚀规律研究、腐蚀评价不可替代的手段。目前，国内外已经建立了几套类似的多相流腐蚀实验模拟装置，但均存在与现场实际腐蚀情况差异大，功能单一化等缺点。现存多相流腐蚀模拟装置存在以下不足： 

1)忽视流体流型及油水分布对腐蚀的影响：现场不同区块油气水比例、流速变化大，多数装置仅能实现水气双相、油水双相流体的腐蚀研究，未来考虑流型及油水分布影响；另外，绝大多数装置设计的水平直管段长度与直径之比 过小，流体处于非稳定流态，不能反映长距离混输管线内实际流型状况。 

2)腐蚀测试功能单一、片面：常规通过内部固定的腐蚀挂片进行测试，但显然油气水混输管线不同部位接触的腐蚀介质存在明显差异，因此采集数据片面，不能反映管线实际周向腐蚀情况。腐蚀探针测试同样存在类似问题，难以实现管壁周向全方位腐蚀测试。同时忽略了挂片、探针等测试元件对流体局部特性的影响。 

3)不能实现承压管线走向的任意倾角模拟：实际工况中常遇到如河流跨越、山地铺设等涉及倾斜走向的管线，实验室中尚未成功模拟该条件下腐蚀行为。国外少数多相流研究装置采用软管实现任意倾角的模拟，但承压的刚性管尚不能实现任意倾角变换。 

因此，本发明设计一套能够模拟油气水混输管线工况环境的多功能环道式多相流腐蚀模拟测试装置，能够对管线内腐蚀进行全方位测试，可作为建立腐蚀与多相流体流型之关系的可靠依据，为三次采油新技术在油田的广泛应用、采出液腐蚀规律及控制技术研究提供重要支持。 

发明内容

针对国内外多相流腐蚀模拟装置存在的不足，本发明的目的在于提供一种多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，适用于多相流腐蚀机理、流型与腐蚀关系、管线全方位腐蚀性检测等研究工作，亦可为油田管线腐蚀评价、缓蚀剂筛选及防腐工艺优化等提供较好的试验研究平台。本装置具有独特的腐蚀测试功能，最大程度重现现场管线内腐蚀环境并全方位采集腐蚀信息。 

本发明的技术方案是通过以下方式实现的： 

一种多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，包括控制柜、气液分离器、电加热器、气体增压机、气体流量计、螺杆泵、液体流量计、静态混合器、腐蚀检测探针、可转动接头、腐蚀检测管段、腐蚀挂片器和腐蚀反应釜。其特征在于气源管线与气液分离器的气出口管线均连接到气体增压机进口，在气液分离器的气出口管线上设有控制阀，气体增压机出口管线与水平设置的静态混合器进口相连，气体增压机出口管线设有水平段，在水平段上设有气体流量计；液源管线与气液分离器液体出口管线和螺杆泵的进口管线相联，在液体出口管线上设有控制阀，螺杆泵出口管线通过液体流量计与静态混合器进口水平相连。在静态混合出器口处设有温度传感器，温度变送器信号传输线与控制柜相连，控制柜根据温度变送器信号控制设在气液分离器下部的电加热器。静态混合器的出口管线通过水平连接管上的腐蚀检测管段，垂直连接管上的腐蚀检测管段和倾斜坡度可变的连接管上的腐蚀检测管与腐蚀反应釜相连，腐蚀反应釜出口管线与气液分离器气液进口相连；在气液分离器气液进口管线与气体流量计进口管线之间和螺杆泵进出口之间设有旁通管；在水平的腐蚀检测管段、垂直的腐蚀检测管和倾斜坡度可变的腐蚀检测管的前后均设有腐蚀检测探针。 

气液分离器设为圆柱形，在上封头的中心设有气体出口，在上封头下部周侧设有气液进口，在气相和液相均设有腐蚀挂片器和腐蚀检测探针，在下部设有电加热器，在下封头中心设有液体出口。 

水平腐蚀检测管设置前后两个腐蚀检测点，检测流态稳定前后的腐蚀，并且腐蚀检测探针可旋转，实现对管壁不同方向的腐蚀检测。 

垂直腐蚀检测管段的连接管设为口向下的U字形，在U字形两边对称设有腐蚀检测探针和腐蚀检测管段。 

倾斜腐蚀检测管段的管线坡度可调节，在底边的延长线上设有两个旋转接头，在倾斜坡度可变的腐蚀检测管线前后均设有腐蚀检测管段和腐蚀检测探针。 

在腐蚀反应釜顶部向内设有腐蚀检测探针和腐蚀挂片器。 

本发明可实现以下有益功效： 

1)腐蚀测试功能多样化：采用测试管段代替常规腐蚀挂片，克服了由于挂片位置差异引起腐蚀信息片面的缺点，同时避免了挂片本身对流体的干扰作用；通过360度旋转管段与平头腐蚀探针的配合，可实现管壁周向全方位腐蚀速率测试，使多相流流型与腐蚀速率关联性的构建成为可能；可获得腐蚀速率或腐蚀电流随时间连续变化曲线；同时还配合了部分位置的腐蚀挂片检测。 

2)现场模拟更真实：水平直管段稳定流型区位置的L/D值大于200，可真正模拟现场长距离混输管线内的稳定流体流型。采用特殊的倾斜管段设计，可模拟实际工况中存在任意倾角的刚性管线中流体形态及腐蚀行为(如河流跨越、山地铺设等)。采用管式静态混合器实现油气水三相的均匀乳化，确保油气水三相处于稳定状态。体系的压力、温度、油气水比例等参数可调范围宽泛，可涵盖油田集输系统的几乎全部工况。 

3)环路设计简洁可靠：气液分离罐同时充当临时气液储罐，简化了环路的流程，气液相补充方便自如，系统压力控制操作简便；自封闭环路系统的设计有助于气液流量的控制和计量。部分管段设有透明观察窗，可实时观测环道内多相流流型状态。所有过流部件采用316L不锈钢可实现腐蚀性气体如CO₂及微量H₂S腐蚀研究。 

4)控制计量更准确：采用变频电机的螺杆泵及气体增压机配合回流管路设计可实现气、液流量的精确控制。气液分离并独立计量有助于判断流体内各相的准确体积含量，是构建准确的流型图的关键。独立的温度控制系统对模拟现场实际管线工况至关重要。 

5)智能数字化操作：台架操作实现自动化，腐蚀数据采集方便快捷。 

总之，本发明装置可用于实验室内开展CO₂及微量H₂S腐蚀及普通油气水多相流腐蚀的研究工作，亦可为油田管线腐蚀评价、缓蚀剂筛选及防腐工艺优化提供较好的试验平台。本发明是大规模开展管线多相流腐蚀规律探索的基础，将成为油田管线内腐蚀研究中不可替代的手段。另外，本发明设计简单，功能强大且独具特色，在研究及工程领域均具明显的推广价值。 

附图说明

图是本发明的工艺流程简图 

图中序号说明：1-气液分离器  2-电加热器  3-气体增压机  4-气体流量计5-螺杆泵  6-液体流量计  7-静态混合器  8-腐蚀检测探针  9-腐蚀检测管段  10-腐蚀挂片器  11-腐蚀反应釜 

具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明。 

一种多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，包括控制柜、气液分离器1、电加热器2、气体增压机3、气体流量计4、螺杆泵5、液体流量计6、静态混合器7、腐蚀检测探针8、可转动接头、腐蚀检测管段9、腐蚀挂片器10和腐蚀反应釜11。其特征在于气源管线与气液分离器的气出口管线均连接到气体增压机进口，在气液分离器的气出口管线上设有控制阀，气体增压机出口管线与水平设置的静态混合器进口相连，气体增压机出口管线设有水平段，在水平段上设有气体流量计；液源管线与气液分离器液体出口管线和螺杆泵的进口管线相联，在液体出口管线上设有控制阀，螺杆泵出口管线通过液体流量计与静态混合器 进水平相连。在静态混合器出口处设有温度传感器，温度变送器信号传输线与控制柜相连，控制柜根据温度变送器信号控制设在气液分离器下部的电加热器。静态混合器的出口管线通过水平连接管上的腐蚀检测管段，垂直连接管上的腐蚀检测管段和倾斜坡度可变的连接管上的腐蚀检测管与腐蚀反应釜相连，腐蚀反应釜的出口管线与气液分离器的气液进口相连；在气液分离器气液进口管线与气体流量计进口管线之间和螺杆泵进出口之间设有旁通管；在水平的腐蚀检测管段、垂直的腐蚀检测管和倾斜坡度可变的腐蚀检测管的前后均设有腐蚀检测探针。 

本发明的技术方案细分地说包括以下四个相关联的部分： 

1)腐蚀介质输入部分：包括气液分离器1、电加热器2、螺杆泵5和气体增压机3等；其中气液分离器充当临时气液存储罐，油水两相按固定比例，气体由高压气瓶提供，分别由进液管路和进气管路打入气液分离器1。电加热器用于气液分离器内液体的加热器工作与恒温控制。 

2)气液循环部分：包括螺杆泵5、静态混合器7、液体流量计6、气体增压机3、气体流量计4等；由气液分离器1出来的油水混合液流量由螺杆泵5配合液体流量计6控制，工况下气体流量由气体增压机3配合气体流量计4控制，气液汇流后一同进入静态混合器7，发生均匀乳化，随后进入实验环道，完成实验测试的气液混合流体进入气液分离器1，气液分离后，气相由气液分离器顶部进入气体增压机3，液相由气液分离器底部的液出口进入螺杆泵5，开始新一轮循环。 

3)系统控制与数显部分：包括电器设备控制和工艺参数显示等。其中，电器控制中涉及螺杆泵5、气体增压机3、电加热器2、液体流量计6、气体流量计4及腐蚀探针8的供电开关与变频电机的频率调节按钮；过程参数显示面板主要有流量、压力、温度等参数的数字显示。 

4)腐蚀测试部分：主要由十个电感探针检测8、七个腐蚀检测管段9、三个腐蚀挂片器10、一个腐蚀反应釜11和检测数据处理平台等组成。可以测试水平管线、垂直管线、倾斜管线及容器内等各种流态下的腐蚀。水平直管段稳定流型区位置的L/D值大于200。电感探针检测点设置于可轴向360度旋转的管段上。电感探针的端面实现与管壁内侧相切，故而不影响管道内流体状态。倾斜管段的角度可以调节，倾斜坡度管段由两端水平可任意角度旋转的等腰直角三角形管段构架实现，其中一直角边为旋转轴，依靠控制旋转角度，实现刚性的斜边和另一直角边管段的倾角自由变换。检测数据处理平台主要由一台连接各测试点的计算机组成，包括实时监控每个电感探针检测点(电感检测点1到10)腐蚀速率(或电流)随时间的变化曲线。所述的腐蚀检测管段材质为待测碳钢，并可实现弯头、焊口等缺陷处腐蚀模拟测试。 

本发明用的气源是二氧化碳气瓶中的二氧化碳气，液源是油水混合液，水可配制不同油田的采出污水。 

气液环流程为二氧化碳气先通过气体增压机、气体流量计打进静态混合器，和通过螺杆泵、液体流量计打进静态混合器的液体混合。通过水平腐蚀检测管段，垂直腐蚀检测管段和倾斜坡度腐蚀检测管段入腐蚀反应釜，再进入气液分离器分离，分出的气经气液分离出口再经过气体增压机、气体流量计进入静态混合器。液体从气液分离器出口出来经过螺杆泵和液体流量计进入静态混合器和气体混合进入下一步的循环流程。在配好所设计的气液比后可关掉气源和液源。 

Claims (6)

1.一种多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，包括控制柜、气液分离器、电加热器、气体增压机、气体流量计、螺杆泵、液体流量计、静态混合器、腐蚀检测探针、可转动接头、腐蚀检测管段、腐蚀挂片器和腐蚀反应釜；其特征在于气源管线与气液分离器的气出口管线均连接到气体增压机进口，在气液分离器的气出口管线上设有控制阀，气体增压机出口管线与水平设置的静态混合器进口相连，气体增压机出口管线设有水平段，在水平段上设有气体流量计；液源管线与气液分离器液体出口管线和螺杆泵的进口管线相联，在液体出口管线上设有控制阀，螺杆泵出口管线通过液体流量计与静态混合器进口水平相连；在静态混合器出口处设有温度传感器，温度变送器信号传输线与控制柜相连，控制柜根据温度变送器信号控制设在气液分离器下部的电加热器；静态混合器出口管线通过水平连接管上的腐蚀检测管段，垂直连接管上的腐蚀检测管段和倾斜坡度可变的连接管上的腐蚀检测管与腐蚀反应釜相连，腐蚀反应釜出口管线与气液分离器的气液进口相连；在气液分离器气液进口管线与气体流量计进口管线之间和螺杆泵进出口之间设有旁通管；在水平的腐蚀检测管段、垂直的腐蚀检测管和倾斜坡度可变的腐蚀检测管的前后均设有腐蚀检测探针。

2.根据权利要求1所述的多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，其特征在于气液分离器设为圆柱形，在上封头的中心设有气体出口，在上封头下部周侧设有气液进口，在气相和液相均设有腐蚀挂片和腐蚀检测探针，在下部设有电加热器，在下封头中心设有液体出口。

3.根据权利要求1所述的多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，其特征在于水平腐蚀检测管设置前后两个腐蚀检测点，检测流态稳定前后的腐蚀，并且腐蚀检测探针可旋转，实现对管壁不同方向的腐蚀检测。

4.根据权利要求1所述的多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，其特征在于垂直腐蚀检测管段的连接管设为口向下的U字形，在U字形两边对称设有腐蚀检测探针和腐蚀检测管段。

5.根据权利要求1所述的多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，其特征在于倾斜腐蚀检测管段的管线坡度可调节，在底边的延长线上设有两个旋转接头，在倾斜坡度可变的腐蚀检测管线前后均设有腐蚀检测管段和腐蚀检测探针。

6.根据权利要求1所述的多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置，其特征在于在腐蚀反应釜顶部向内设有腐蚀检测探针和腐蚀挂片器。